[发明专利]一种量子点敏化太阳能电池

说明书

技术领域

本发明属于太阳能电池制造领域，具体涉及到一种以碳材料为对电极的量子点敏化太阳能电池。

背景技术

面对全球化石能源日益枯竭，取之不尽用之不竭的太阳能可以替代化石能源解决日益严重的能源危机问题。在各类新型太阳能电池中，染料敏化太阳能电池(DSCs)以成本低廉、制作工艺简单、相对较高的光电转换效率而成为研究热点(O’Regan，B.，M.，Nature，1991，353，737)。但是它们的缺点也不容忽视：一方面染料的稳定性还有待进一步提高，另一方面价格相对较高，限制了染料敏化太阳能电池成本的进一步降低。而采用价格便宜的窄禁带无机半导体纳米晶即量子点，作为敏化剂，可以进一步降低电池成本。并且，与一般染料吸收一个光子最多产生1个电子不同，量子点可以由1个高能光子产生多个电子，使量子产率将大大提高(Nozik，A.J.，PhysicaE，2002，14，115)。

通常用于量子点敏化太阳能电池的对电极主要包括导电玻璃上载铂电极(Lin，S.C.，Lee，Y.L.，etc，Appl.Phys.Lett.2007，90，143517)、金电极(Lee，Y.L.，Lo，Y.S.，Adv.Funct.Mater.2009，19，604)和硫化亚铜电极(Toyoda，T.，Bisquert，J.，etc，Nanotechnology 2009，20，295204)三种。这些对电极都存在一定的缺点，如铂电极和金电极价格昂贵，而硫化亚铜电极稳定性差，这几种电极都很难应用于大面积量子点敏化太阳能电池中。

发明内容

因此，本发明的目的在于克服上述现有技术的缺陷，提供一种以碳材料为对电极的量子点敏化太阳能电池。

本发明的目的是通过以下技术方案实现的：

根据本发明，提供一种量子点敏化太阳能电池，包括对电极和电解液，该对电极又包括催化活性材料，其中：

所述催化活性材料为碳材料；

所述电解液为多硫化物氧化还原电对电解液。

在上述技术方案中，所述碳材料包括活性炭、碳黑、鳞片状石墨、石墨烯、球形石墨、单壁碳纳米管、多壁碳纳米管、碳纤维或硬碳材料中的一种或多种。优选为活性炭或单壁碳纳米管。

在上述技术方案中，所述多硫化物氧化还原电对电解液为二硫化物氧化还原电对电解液。

在上述技术方案中，所述多硫化物氧化还原电对电解液的浓度在0.1～5M之间。

在上述技术方案中，所述量子点为无机窄禁带半导体纳米晶。

在上述技术方案中，所述无机窄禁带半导体纳米晶包括硫化镉、硒化镉、碲化镉、硫化铅、硒化铅、磷化铟或砷化铟中的一种或多种。优选为硫化镉、硒化镉或硫化铅中的一种或多种。

在上述技术方案中，还包括光阳极，所述光阳极包括量子点敏化的多孔层，所述多孔层材料包括TiO₂、Nb₂O₅、ZnO、SrO、SiO₂、ZrO₂、Al₂O₃中的一种或多种。

与现有的量子点敏化染料敏化太阳能电池相比，本发明的优点在于：

1、成本低，适于制作大面积量子点敏化太阳能电池；

2、提高了量子点敏化太阳能电池光电转化效率。

具体实施方式

根据本发明的一个实施例，提供一种以活性炭为对电极的量子点敏化太阳能电池。该电池包括对电极、光阳极和电解质溶液，其中对电极包括导电玻璃及在其上用颗粒尺寸为100nm的活性炭材料制成的厚度为10μm的薄膜(以下将这种包括碳材料的对电极简称为碳对电极)，电解质溶液为2MNa₂S₂，光阳极为硫化镉量子点敏化的TiO₂多孔膜。

将上述硫化镉量子点敏化太阳能电池在室温下用计算机控制的恒电位/恒电流仪(Princeton Applied Research，Model 263A)测量其光电性能。光源使用500W氙灯，入射光强为100mw/cm²，光照面积为0.15cm²，测得光电转换效率为3.2％，其远远高于普通量子点敏化太阳能电池大约1％的光电性能。